JP2008251850A - Semiconductor device and manufacturing method of the semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置技術に関し、特に、複数層構造の配線基板を備える半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device technology, and more particularly to a technology effective when applied to a semiconductor device including a wiring substrate having a multi-layer structure.
携帯電話等のような移動通信機器には、例えば電力増幅器(Power Amplifier)またはアンテナスイッチ等が形成された表面実装型の半導体チップと、コンデンサまたはレジスタ等が形成された表面実装型のチップ部品とが、同一基板上に搭載された構造の高周波回路モジュールが採用されている。このような高周波回路モジュールはHPA(High Power Amplifier)モジュール、あるいはRF(Radio Frequency)モジュールと呼ばれる。 Mobile communication devices such as cellular phones include, for example, surface-mounted semiconductor chips on which power amplifiers or antenna switches are formed, and surface-mounted chip components on which capacitors or resistors are formed. However, a high frequency circuit module having a structure mounted on the same substrate is employed. Such a high-frequency circuit module is called an HPA (High Power Amplifier) module or an RF (Radio Frequency) module.
HPAモジュールには、半導体チップを搭載する多層配線基板のチップ下部に放熱を目的とするサーマルビアと呼ばれるビア(Via)が複数個設けられた構造のものがある。 Some HPA modules have a structure in which a plurality of vias called thermal vias for heat dissipation are provided under a chip of a multilayer wiring board on which a semiconductor chip is mounted.
近年、HPAモジュールでは、小型化・高機能化の要求から、サーマルビアを設けるためのスペースが減少しているため、少ないスペースで効率良く放熱する必要がある。 In recent years, in the HPA module, space for providing thermal vias has been reduced due to demands for miniaturization and high functionality, and therefore it is necessary to efficiently dissipate heat in a small space.
例えば、特開平9−153679号公報(特許文献1)には、隣接ピッチを同一として千鳥状にサーマルビアを配置する積層ガラスセラミック回路基板が記載されている。このように配列することにより、サーマルビアの密度を配列的に高めることができるとされている。
本発明者は、HPAモジュールについて検討を行い、以下の課題を見出した。 The inventor studied the HPA module and found the following problems.
HPAモジュールには、表面に所望のパターンで配線が形成された複数枚のセラミック板(グリーンシートと呼ばれる)を積層して一体化した複数層に亘る配線構造を有する配線基板が用いられる。 In the HPA module, a wiring board having a wiring structure extending over a plurality of layers, in which a plurality of ceramic plates (called green sheets) having wirings formed in a desired pattern on the surface is laminated and integrated, is used.
配線基板の一方の面(半導体チップ実装面)には例えば電力増幅器、あるいはアンテナスイッチ等が形成された半導体チップやその他のチップ部品が搭載されており、半導体チップ実装面の反対側の面(モジュール実装面)には、HPAモジュールをプリント回路基板などに実装するための外部接続端子などが形成されている。 On one surface (semiconductor chip mounting surface) of the wiring board, for example, a semiconductor chip on which a power amplifier or an antenna switch or the like is formed and other chip components are mounted. On the mounting surface), external connection terminals for mounting the HPA module on a printed circuit board or the like are formed.
この配線基板は、所望のパターンで各グリーンシート表面に形成される表面配線、およびグリーンシート間を電気的あるいは熱的に接続するビアと呼ばれる層間連絡導体を形成した複数枚のグリーンシートを積層した後、焼成することにより製造される。 This wiring board is formed by laminating a plurality of green sheets on which surface wirings formed on the surface of each green sheet in a desired pattern and interlayer connection conductors called vias that electrically or thermally connect the green sheets are formed. Thereafter, it is manufactured by firing.
ところが、グリーンシートは配線やビアに用いられる銅や銀などの導体材料と比較して焼成時に収縮し易いという特性を持っている。このため、配線基板を焼成する工程では、配線パターンの密度が高い箇所や、ビアの密度が高い箇所は収縮せずあるいは収縮し難く、配線パターンやビアの密度が低い箇所は焼成により収縮し易い。 However, the green sheet has a characteristic that it is easily shrunk at the time of firing as compared with a conductor material such as copper and silver used for wiring and vias. For this reason, in the step of firing the wiring substrate, a portion having a high wiring pattern density or a portion having a high via density does not shrink or hardly shrinks, and a portion having a low wiring pattern or via density tends to shrink by firing. .
このように、配線パターンやビアの密度により焼成時の収縮率が異なるため、焼成後の配線基板は、配線パターンやビアの密度が高い箇所が突出した状態となる。すなわち、配線パターンやビアの密度が高くなる程、配線基板の表面(半導体チップ実装面およびモジュール実装面)の平坦度が悪化してしまうという課題がある。 As described above, since the shrinkage rate during firing differs depending on the density of the wiring pattern and via, the wiring substrate after firing is in a state where a portion having a high wiring pattern or via density protrudes. That is, there is a problem that the flatness of the surface (semiconductor chip mounting surface and module mounting surface) of the wiring substrate deteriorates as the density of the wiring patterns and vias increases.
特に、半導体チップが駆動する際に発生する熱を外部に放出するために半導体チップ搭載領域に配置されるサーマルビアは、例えば、特開平9−153679号公報のように高密度で配置されるため、配線基板の半導体チップ搭載領域周辺は平坦度が悪くなる。 In particular, thermal vias arranged in the semiconductor chip mounting area for releasing heat generated when the semiconductor chip is driven to the outside are arranged at a high density as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-153679. The flatness of the area around the semiconductor chip mounting area of the wiring board is poor.
また、サーマルビアは伝熱経路を短縮するため、配線基板の厚さ方向に沿って一直線上に配置される。このため、各絶縁層の突出した部分が重なるので、配線基板全体としては非常に平坦性が悪くなる。 Further, the thermal vias are arranged on a straight line along the thickness direction of the wiring board in order to shorten the heat transfer path. For this reason, since the protruding portions of the insulating layers overlap, the flatness of the entire wiring board is very poor.
ここで、モジュール実装面の平坦度が悪いと、プリント回路基板などの実装基板の部品搭載面にHPAモジュールを実装する際に、例えば半田など接合材料の濡れ不足による接続不良や、短絡などが発生する可能性がある。 Here, if the flatness of the module mounting surface is poor, when mounting the HPA module on the component mounting surface of a mounting board such as a printed circuit board, connection failure or short circuit due to insufficient wetting of the bonding material such as solder occurs. there's a possibility that.
また、半導体チップ搭載面の平坦度が悪いと、半導体チップまたはその他のチップ部品等の実装性が低下する。 In addition, when the flatness of the semiconductor chip mounting surface is poor, the mountability of the semiconductor chip or other chip components is lowered.
このように、配線基板の半導体チップ搭載面あるいはモジュール実装面の平坦度が低下すると、HPAモジュールの信頼性が低下する原因となる。 As described above, when the flatness of the semiconductor chip mounting surface or the module mounting surface of the wiring board decreases, the reliability of the HPA module decreases.
本願発明の目的は、半導体装置の信頼性を向上させることができる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the reliability of a semiconductor device.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、第1の面と前記第1の面の反対側に位置する第2の面とを有する配線基板と、前記配線基板の前記第1の面に搭載された半導体素子とを備え、前記配線基板は、積層された複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層それぞれの表面に所望のパターンで形成された表面配線と、前記複数の絶縁層それぞれを貫通するように形成され、前記複数の絶縁層のうち、上層に配置された第1絶縁層の表面に形成された第1表面配線と、前記第1絶縁層の下層に配置された第2絶縁層の表面に形成された第2表面配線とを連絡する複数のビアとを備え、前記複数のビアのうち、前記配線基板の前記半導体素子の搭載領域に形成されるビアは、前記半導体素子の搭載面の互いに隣り合った第1の辺および第2の辺に沿って格子状に配列されるように構成するものである。 That is, a wiring board having a first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface, and a semiconductor element mounted on the first surface of the wiring substrate, the wiring The substrate is formed so as to penetrate each of the plurality of insulating layers, a surface wiring formed in a desired pattern on the surface of each of the plurality of insulating layers, and each of the plurality of insulating layers. Of the layers, the first surface wiring formed on the surface of the first insulating layer disposed on the upper layer and the second surface wiring formed on the surface of the second insulating layer disposed on the lower layer of the first insulating layer Of the plurality of vias, the vias formed in the mounting region of the semiconductor element of the wiring board are first sides adjacent to each other of the mounting surface of the semiconductor element. And arranged in a grid pattern along the second side Is shall.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、本発明によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 That is, according to the present invention, the reliability of the semiconductor device can be improved.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted in principle. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態1では半導体装置として、携帯電話など移動通信機器に搭載される高周波回路モジュールであるHPAモジュールを例に説明する。図1は本実施の形態1のHPAモジュールの外観を示す平面図、図2は図1に示すA−A線に沿った断面図、図3は図1に示すHPAモジュールの配線基板の表面を示す平面図、図4は図3に示す平面図の配線基板の表面に搭載された半導体素子などの部品を取り除いた状態を示す平面図である。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, an example of an HPA module, which is a high-frequency circuit module mounted on a mobile communication device such as a mobile phone, will be described as a semiconductor device. 1 is a plan view showing the appearance of the HPA module according to the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1, and FIG. 3 is the surface of the wiring board of the HPA module shown in FIG. FIG. 4 is a plan view showing a state in which components such as semiconductor elements mounted on the surface of the wiring board in the plan view shown in FIG. 3 are removed.
なお、図4においては、図3に示す半導体素子3、4、電子部品14の輪郭を点線で示している。
In FIG. 4, the outlines of the
図1において、本実施の形態1のHPAモジュール(半導体装置)100は配線基板1が封止樹脂2により封止されている。また、図2に示すように配線基板1は半導体素子3、4などが搭載された表面(第1の面)1aおよび表面1aの反対側に位置する裏面(第2の面)1bとを有している。半導体素子3、4は封止樹脂2により封止されている。
In FIG. 1, in the HPA module (semiconductor device) 100 according to the first embodiment, a
また、配線基板1は例えばガラスセラミックなどの複数の絶縁層5が積層された(図2では4層)構造をなしており、各絶縁層5の表面にはHPAモジュール100に必要な回路を構成するため所望のパターンで形成された表面配線6が形成されている。また、配線基板1の裏面(第2の面)には所望のパターンで形成された裏面配線8が形成されている。
The
この表面配線6および裏面配線8には、配線基板1と半導体素子3、4などを電気的に接続する電極端子や、HPAモジュール100の外部接続端子も含まれる。
The
また、各層の表面配線6は、ビア7によって電気的、あるいは熱的に接続されている。例えば、図2において、第2層目に配置された絶縁層(第1絶縁層)5aの表面に形成された表面配線(第1表面配線)6aは、第3層に配置されたの絶縁層(第2絶縁層)5bに形成された表面配線(第2表面配線)6bとビア7、またはサーマルビア9を介して接続されている。
Further, the
また、最下層に配置される絶縁層5cの表面配線6cは、絶縁層5cの裏面、すなわち配線基板1の裏面1bに形成された裏面配線8とビア7、または、サーマルビア9を介して接続されている。
Further, the front surface wiring 6c of the insulating
このビア7およびサーマルビア9は各絶縁層5を貫通して形成された貫通孔に銅(Cu)や銀(Ag)などの導体を充填して形成される層間連絡路である。
The
この配線基板1の表面1aには、図3に示すように半導体素子3の他、複数の電子部品14が搭載されている。この半導体素子3の内部には電力増幅回路が形成されており、半導体素子3の入力端子に入力された送信信号電流を増幅する機能を有している。半導体素子3で増幅された送信信号電流は配線基板1に形成された表面配線6、ビア7などを介して、アンテナスイッチ回路が形成された半導体素子4に伝送される。
On the surface 1a of the
ここで、半導体素子3は高周波の信号電流を増幅する機能を備えているため、他の電子部品14と比較して、駆動時の発熱量が大きい。また、半導体素子4は増幅された高周波の信号電流をアンテナに伝送するためのスイッチ機能を備えているため、他の電子部品と比較して駆動時の発熱量が大きい。
Here, since the
半導体素子3、4の構成部品のうち、増幅された高周波の信号電流を外部と入出力するために形成された電極端子は、特に発熱量が高いため、これらの電極端子が配置される半導体素子3、4の外縁部は半導体素子3、4の中央部周辺と比較して発熱量が大きい。
Of the component parts of the
このため、配線基板1の半導体素子3および半導体素子4を搭載する領域には、半導体素子3および半導体素子4に発生した熱を外部に放出するため、図2および図4に示すようにサーマルビア9が複数形成されている。
Therefore, in the region where the
このサーマルビア9は前述したビア7の一種であるが、半導体素子3、4に発生する熱をHPAモジュール100の外部に放熱するための熱的連絡路としての機能を有しているので、サーマルビア9以外のビア7とは区別して説明する。
Although this thermal via 9 is a kind of the above-described via 7, it has a function as a thermal communication path for dissipating the heat generated in the
なお、サーマルビア9は、熱的連絡路としての機能の他、半導体素子3、4に基準電源電位を供給する電気的連絡路としての機能を有している場合もある。
The thermal via 9 may have a function as an electrical communication path for supplying a reference power supply potential to the
ここで、図4に示すように、本実施の形態1では配線基板1の半導体素子3、4(図1参照)などが搭載された表面1a(図2参照)におけるサーマルビア9の平面上の配置が、格子状に配列されている。詳しくは、半導体素子3、4が搭載面側に有する四辺のうち、互いに隣り合った第1の辺3a、4aおよび第2の辺3b、4bに沿って格子状に配列されている。
Here, as shown in FIG. 4, in the first embodiment, on the plane of the thermal via 9 on the surface 1a (see FIG. 2) on which the
このようにサーマルビア9を格子状に配列することにより、半導体素子3、4の搭載領域におけるサーマルビア9の密度を低減することができる。サーマルビア9を格子状に配列すると、例えば、特開平9−153679号公報(特許文献1)に記載されるように、隣接ピッチを同一として千鳥状にサーマルビアを配置する場合と比較して10%程度低減することができる。
As described above, by arranging the
詳細は製造方法の説明で後述するが、サーマルビア9の密度を低減すると、図2に示すサーマルビア9と絶縁層5との収縮率の違いによる配線基板1の半導体素子3、4などが搭載された表面1aおよび、その反対側に位置する裏面(第2の面)1bの平坦度の低下を抑制することが可能になる。
Although details will be described later in the description of the manufacturing method, when the density of the
ところで、サーマルビア9の密度を低減すると、HPAモジュール100の放熱特性は低下するおそれがある。しかし、サーマルビア9を格子状に配列する場合、半導体素子3、4の最も発熱量が大きい箇所である半導体素子3、4の外縁部に対応するサーマルビア9の密度(すなわち、最外周に配列されたサーマルビア9の密度)は隣接ピッチを同一として千鳥状にサーマルビアを配置する場合と比較して同程度の密度で配置することができる。このため、HPAモジュール100の放熱特性の低下を抑制することが可能となる。
By the way, if the density of the
本実施の形態1によれば、配線基板1の表面1aの平坦度を向上させることができるので、半導体素子3、4やその他の部品の実装信頼性を向上させることが可能となる。また、配線基板1の表面1aの反対側の裏面1bの平坦度を向上させることができるので、HPAモジュール100の実装信頼性を向上させることが可能となる。
According to the first embodiment, since the flatness of the surface 1a of the
また、半導体素子3、4の構成部品のうち特に発熱量が大きい箇所のサーマルビア9の配置密度は低下しないので、HPAモジュール100の放熱特性の低下を抑制することができる。
In addition, since the arrangement density of the
次に、本実施の形態1のHPAモジュール100の製造方法について図5から図8を用いて説明する。
Next, a method for manufacturing the
図5は本実施の形態1のHPAモジュールの製造工程において、配線基板となる絶縁体板にビアを形成する工程を示す断面図、図6は本実施の形態1のHPAモジュールの製造工程において、配線基板となる絶縁体板の表面に所望のパターンで表面配線を形成する工程を示す断面図、図7は本実施の形態1のHPAモジュールの製造工程において、配線基板となる絶縁体板を積層する工程を示す断面図、図8は本実施の形態1のHPAモジュールの製造工程において、絶縁体板の積層体を焼成する工程を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a process of forming a via in an insulating plate serving as a wiring board in the manufacturing process of the HPA module according to the first embodiment, and FIG. 6 is a manufacturing process of the HPA module according to the first embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process of forming a surface wiring with a desired pattern on the surface of an insulating board serving as a wiring board. FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step of firing a laminated body of insulator plates in the manufacturing process of the HPA module according to the first embodiment.
まず、図5に示すように焼結前の絶縁体板であるグリーンシート(絶縁体板)10を複数枚用意する。このグリーンシート10には、ガラスとセラミック粉末などの材料を有機系の溶媒とともに所定の割合で混合し、シート状に形成したものなどを用いることができる。
First, as shown in FIG. 5, a plurality of green sheets (insulator plates) 10 which are insulator plates before sintering are prepared. The
次に、このグリーンシート10の所定の位置に表面から厚さ方向に貫通する貫通孔11を複数形成する。貫通孔形成工程において、図2に示すビア7およびサーマルビア9が形成される領域には複数の貫通孔11を格子状に形成する。
Next, a plurality of through
この貫通孔11は次工程で銅(Cu)や銀(Ag)などの導体12が充填されると、層間連絡路であるビアとなる。このため、このように半導体素子を搭載する領域に形成される貫通孔11を格子状に配列することにより、図3に示すようにサーマルビア9を格子状に配列することが可能となる。
When the through
次に、この複数の貫通孔11に銅(Cu)や銀(Ag)などの導体12を充填する。導体12の充填方法は、例えば、ペースト状の導体12をグリーンシート10の表面に全面印刷した後、スキージングにより貫通孔11に埋め込む方法を採用することができる。
Next, the plurality of through
次に、図6に示すように、グリーンシート10の表面10aに所望のパターンで表面配線6を形成する。この表面配線形成工程では、感光性導電材料、あるいは感光性レジストを用いたフォトリソグラフィー法を採用することができる。
Next, as shown in FIG. 6, the
また、配線基板1(図2参照)の最下層に配置されるグリーンシート10は、裏面10b側にも所望のパターンで裏面配線8を形成する。
Further, the
次に、図7に示すように所望のパターンで表面配線6が形成されたグリーンシート10を積層する。このとき、裏面10bに裏面配線8が形成されたグリーンシート10を最下層として、所定の順序で積層し、グリーンシート10の積層体とする。
Next, as shown in FIG. 7, a
次に、グリーンシート10の積層体に圧力を加え、焼成することにより、図8に示すように、グリーンシート10が焼結されたガラスセラミックである絶縁層5(図2参照)となり、配線基板1が完成する。
Next, by applying pressure to the laminate of the
焼成前のグリーンシート10は焼結後のガラスセラミックである絶縁層5と比較して柔らかい状態である。このため、焼成工程に先立って圧力を加えることにより、表面配線6が形成されていない箇所のグリーンシート10は図8に示すように互いに接する。
The
したがって、このグリーンシート10の積層体を焼成すると、焼結後の絶縁層5は、一体構造となり、配線基板1(図2参照)の内部に形成された表面配線6は絶縁層5に封止された状態となる。
Therefore, when the laminate of the
この焼成工程では、グリーンシート10、導体12、表面配線6、裏面配線8はそれぞれ収縮する。グリーンシート10は金属材料である導体12、表面配線6、裏面配線8と比較して収縮率が大きいので、導体12、表面配線6、裏面配線8の配置密度が高い領域、特に導体12の配置密度が最も高いサーマルビア9を形成した部分が突出した形状となりやすい。
In this firing step, the
しかし、本実施の形態1ではサーマルビア9を格子状に配列することにより、サーマルビア9の配置密度を低減しているので、配線基板1を構成する材料の収縮率の違いに起因する突出現象を抑制することが可能となる。
However, in the first embodiment, the arrangement density of the
このため、配線基板1の表面1aおよび裏面1bの平坦性を向上させることが可能となる。
For this reason, it becomes possible to improve the flatness of the front surface 1a and the back surface 1b of the
次に、図2に示すように、配線基板1の表面1aに半導体素子3、4やその他の受動部品を実装する。この実装工程では、半田などの接合材料を介して半導体素子3、4などを所定の位置に搭載するとともに、ボンディングワイヤなどの導電性材料を用いて所定の結線を行う。
Next, as shown in FIG. 2, the
最後に、封止樹脂2により、配線基板1の表面1aを封止して図2に示すHPAモジュール100が完成する。
Finally, the front surface 1a of the
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、配線基板の半導体素子搭載領域に形成されるサーマルビアの配置密度を低減する方法として、サーマルビアの平面上の配置を格子状に配列する方法について説明した。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, as a method for reducing the arrangement density of the thermal vias formed in the semiconductor element mounting region of the wiring board, the method for arranging the arrangement of the thermal vias on the plane in a lattice shape has been described.
本実施の形態2では、サーマルビアの配置を、上層に配置される絶縁層に形成されたサーマルビアと下層に配置される絶縁層に形成されたサーマルビアとが重ならない位置に配置する方法について説明する。 In the second embodiment, the thermal via is arranged at a position where the thermal via formed in the insulating layer arranged in the upper layer and the thermal via formed in the insulating layer arranged in the lower layer do not overlap. explain.
図9は本実施の形態2のHPAモジュールの配線基板の第3層目の絶縁層表面の半導体素子搭載領域を示す平面図、図10は図9に示すB−B線に沿った断面図である。 FIG. 9 is a plan view showing a semiconductor element mounting region on the surface of the third insulating layer of the wiring board of the HPA module according to the second embodiment, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. is there.
図9および図10において、本実施の形態2のHPAモジュール200と前記実施の形態1で説明したHPAモジュール100との相違点は、配線基板1の平面方向に対するサーマルビア9の配置である。
9 and 10, the difference between the
前記実施の形態1で説明したHPAモジュール100では、配線基板1の厚さ方向と交差する平面方向に対するサーマルビア9の配置は、各絶縁層5に形成されたサーマルビア9が、重なる位置に配置されている。すなわち、図2に示すように、配線基板1の表面1aから裏面1bの方向(配線基板1の厚さ方向)に見たときに直線状に配列されている。
In the
これに対して、本実施の形態2のHPAモジュール200では、各絶縁層5に形成されるサーマルビア9が厚さ方向に沿って直線状には配列されていない。
On the other hand, in the
HPAモジュール200においては、配線基板1の厚さ方向と交差する平面方向に対するサーマルビア9の配置は、図9および図10に示すように、上層に配置される絶縁層5に形成されたサーマルビア9と下層に配置される絶縁層5に形成されたサーマルビア9とが配線基板1の厚さ方向に対して重ならない位置に配置されている。このようなサーマルビア9の配置態様を以下オフセット配置と呼ぶ。
In the
例えば、図9および図10に示すように、第2層目の絶縁層5aに形成されるサーマルビア(第1ビア)9aは第3層目の絶縁層5bに形成されるサーマルビア(第2ビア)9bとは配線基板1の厚さ方向と交差する平面方向に対して重ならない位置に配置される。つまりサーマルビア9aとサーマルビア9bとはオフセット配置されている。
For example, as shown in FIGS. 9 and 10, a thermal via (first via) 9a formed in the second insulating
なお、図9では、サーマルビア9aとサーマルビア9bとが重なっていない状態を解りやすく示すため、サーマルビア9aを実線で、サーマルビア9bを点線で示している。 In FIG. 9, the thermal via 9a is indicated by a solid line and the thermal via 9b is indicated by a dotted line in order to easily show that the thermal via 9a and the thermal via 9b do not overlap.
このように、サーマルビア9aとサーマルビア9bとをオフセット配置すると、配線基板1の表面1aあるいは裏面1bの平面に対するサーマルビア9の配置密度は、半導体素子搭載領域全体として平均化することができる。すなわち、前記実施の形態1で説明したHPAモジュール100のようにサーマルビア9を直線的に配列した場合と比較して、サーマルビア9の配置密度のバラツキを抑制することができる。
As described above, when the
このようにサーマルビア9の配置密度のバラツキを抑制することにより、前記実施の形態1で説明した配線基板1を構成する材料の収縮率の違いに起因する突出現象を抑制することが可能となる。
By suppressing the variation in the arrangement density of the
ここで、例えば、図9および図10に示すHPAモジュール200において、第2層目の絶縁層5aに形成されるサーマルビア9aが第3層目の絶縁層5bに形成されるサーマルビア9bとの一部が重なっている場合について説明する。
Here, for example, in the
図11は本実施の形態2の比較例であるHPAモジュールのサーマルビアの配置態様を示す配線基板の第3層目の絶縁層表面の半導体素子搭載領域を拡大した平面図、図12は図11に示すB−B線に沿って切断したHPAモジュールの拡大断面図である。 FIG. 11 is an enlarged plan view of the semiconductor element mounting region on the surface of the third insulating layer of the wiring board showing the arrangement of thermal vias in the HPA module as a comparative example of the second embodiment, and FIG. It is an expanded sectional view of the HPA module cut | disconnected along the BB line shown in FIG.
図11および図12において、本実施の形態2の比較例であるHPAモジュール201は、第2層目の絶縁層5aに形成されるサーマルビア9aが第3層目の絶縁層5bに形成されるサーマルビア9bとの一部が重なっている。
11 and 12, in the
このように、サーマルビア9aとサーマルビア9bの一部が重なっている場合、重なった部分のサーマルビア9の配置密度が周囲と比較して局所的に高くなる。つまり、サーマルビア9の配置密度にバラツキが生じる。このため配線基板1の表面1aおよび裏面1bの平坦度は低下してしまう。
Thus, when the thermal via 9a and the thermal via 9b partially overlap each other, the arrangement density of the
本実施の形態2のHPAモジュール200は図9および図10に示すように、サーマルビア9aとサーマルビア9bは重なっていない。このため、サーマルビア9の配置密度が局所的に高くなっている場所がないので、図11および図12に示すHPAモジュール201と比較して飛躍的に配線基板1の表面1aおよび裏面1bの平坦度を向上させることが可能となる。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the
本実施の形態2では、オフセット配置の実施態様の例として、第2層目の絶縁層5aに形成されるサーマルビア(第1ビア)9aは第3層目の絶縁層5bに形成されるサーマルビア(第2ビア)9bと重ならない位置に配置されたHPAモジュール200について説明した。
In the second embodiment, as an example of the offset arrangement, the thermal via (first via) 9a formed in the second insulating
しかし、サーマルビア9をオフセット配置させる位置は第2層目と第3層目の間に限定される訳ではない。例えば第1層目と第2層目の間でサーマルビア9をオフセット配置しても良い。また、第1層目と第2層目の間、および第3層目と第4層目の間の2箇所でサーマルビア9をオフセット配置としても良い。
However, the position where the thermal via 9 is offset is not limited between the second layer and the third layer. For example, the thermal via 9 may be disposed offset between the first layer and the second layer. Also, the
また、例えば、第1層目と第4層目、あるいは第2層目と第4層目など、互いに接していない絶縁層5に形成されたサーマルビア9がオフセット配置となっていても良い。
Further, for example, the
但し、このオフセット配置する箇所を増やしすぎると、熱の伝達経路が長くなってしまうため、放熱特性が低下するおそれがある。本発明者が検討したところ、少なくとも1箇所でオフセット配置を行えば、配線基板1の表面1aおよび裏面1bの平坦度を向上させることが可能となるので、最上層から最下層までの各層間のうちいずれか1箇所でオフセット配置を行うことが好ましい。
However, if the number of offset positions is increased too much, the heat transfer path becomes long, and the heat dissipation characteristics may be deteriorated. As a result of examination by the present inventor, it is possible to improve the flatness of the front surface 1a and the back surface 1b of the
次に、本実施の形態2のHPAモジュール200の製造方法と、前記実施の形態1で説明したHPAモジュール100の製造方法との相違点について説明する。
Next, differences between the method for manufacturing the
本実施の形態2のHPAモジュール200の製造方法では前記実施の形態1で説明した図5に示すグリーンシート10に、サーマルビア9(図10参照)となる貫通孔11を形成する工程で、積層されるグリーンシート10毎に異なる平面上の位置(積層した際に重ならない位置)に貫通孔11を形成する点が異なる。
In the method of manufacturing the
例えば、図9および図10に示すHPAモジュール200を得るためには、第1層目と第2層目の貫通孔11は平面上の同じ位置にサーマルビア9となる貫通孔11を形成するが、第2層目と第3層目の貫通孔11は平面上の異なる位置(積層した際に互いに重ならない位置)に貫通孔11を形成する。
For example, in order to obtain the
その他の製造工程は前記実施の形態1で説明した製造方法と同様の方法で本実施の形態2のHPAモジュール200を得ることができる。
In other manufacturing steps, the
本実施の形態2では、サーマルビア9をオフセット配置する実施形態について説明したが、電気信号を伝達する導電路である信号ビアをオフセット配置させることもできる。 In the second embodiment, the embodiment in which the thermal via 9 is offset is described. However, the signal via, which is a conductive path for transmitting an electric signal, can also be offset.
図13は本実施の形態2の変形例であるHPAモジュール200の配線基板1の第4層目の絶縁層表面の信号ビア形成領域を拡大した平面図、図14は図13に示すC−C線に沿ったHPAモジュール200の断面図である。
FIG. 13 is an enlarged plan view of the signal via formation region on the surface of the fourth insulating layer of the
図13および図14において、HPAモジュール200が有するビアのうち、電気信号を伝送する導電路となる信号ビア13は、上層に配置される絶縁層5に形成された信号ビア13と下層に配置される絶縁層5に形成された信号ビア13とが重ならない位置に配置されている。すなわち、信号ビア13がオフセット配置されている。
In FIG. 13 and FIG. 14, among the vias included in the
例えば、図13および図14に示すように、第3層目の絶縁層5aに形成される信号ビア(第1ビア)13aは第4層目の絶縁層5bに形成される信号ビア(第2ビア)13bと重ならない位置に配置される。つまり信号ビア13aと信号ビア13bとはオフセット配置されている。
For example, as shown in FIGS. 13 and 14, the signal via (first via) 13a formed in the third insulating
HPAモジュール200は高周波回路モジュールであり、例えば携帯電話などの移動体通信機器に組み込まれて使用される。このため、移動体通信機器の使用環境によっては、HPAモジュール200が大気中の水分が多い環境に曝される場合がある。
The
ここで、HPAモジュール200の周辺環境中の水分が多い場合、この水分はHPAモジュール200の配線基板1に形成された信号ビア13などに沿ってHPAモジュール200内部に浸入する可能性がある。
Here, when there is a large amount of moisture in the surrounding environment of the
このため、HPAモジュール200に水分が浸入すると、リーク電流などが発生し、HPAモジュール200が所望の特性を示さなくなる可能性がある。特に、半導体素子3(図9参照)などが搭載される配線基板1の最上層にまで水分が発生すると、リーク電流が発生し易くなる。このため、HPAモジュール200の信頼性が低下してしまう。
For this reason, when moisture permeates into the
本実施の形態2では、信号ビア13をオフセット配置とすることにより、信号ビア13を配線基板1の厚さ方向に対して直線的に配置する場合と比較して、水分の浸入経路距離を長くすることができる。
In the second embodiment, the signal via 13 is offset, so that the moisture intrusion route distance is longer than when the signal via 13 is linearly arranged in the thickness direction of the
このため、HPAモジュール200は水分がHPAモジュール200の内部、特に半導体素子3(図9参照)などが搭載される配線基板1の最上層にまで水分が浸入することを抑制することが可能となる。
For this reason, the
したがって、本実施の形態2によれば、HPAモジュール200の信頼性を向上させることが可能となる。
Therefore, according to the second embodiment, the reliability of the
(実施の形態3)
前記実施の形態1および前記実施の形態2では、サーマルビアの配置方法により、配線基板の表面および裏面の平坦化する方法について説明した。本実施の形態3ではビアや表面配線の密度が低い箇所に絶縁層を追加して挿入する方法について説明する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment and the second embodiment, the method for planarizing the front surface and the back surface of the wiring board by the thermal via arrangement method has been described. In the third embodiment, a method of additionally inserting an insulating layer at a location where the density of vias and surface wiring is low will be described.
図15は本実施の形態3のHPAモジュールの断面図である。図15において、本実施の形態3のHPAモジュール300と前記実施の形態1で説明したHPAモジュール100との相違点は、配線基板1の各絶縁層5に挟まれた領域であって表面配線6が形成されていない領域には、層間絶縁性材料(絶縁性材料)15で埋められている。
FIG. 15 is a cross-sectional view of the HPA module according to the third embodiment. In FIG. 15, the difference between the
このように、配線基板1の各絶縁層5に挟まれた領域であって表面配線6が形成されていない領域を層間絶縁性材料15で埋めることにより、焼成工程で、絶縁層5が収縮したとしても、配線基板1の表面1aおよび裏面1bの平坦度の低下を抑制することができる。
As described above, the region sandwiched between the insulating
ところで、この層間絶縁性材料15には、絶縁性を有する材料であれば、種々の材料を選択して用いることができるが、好ましくは、絶縁層5と同じ材料を用いる方が良い。絶縁層5と層間絶縁性材料15に同じ材料を用いることにより、焼成工程で、絶縁層5と層間絶縁性材料15とが結合して、配線基板1を一体構造とすることができる。
By the way, as the
このため、焼結後の配線基板1の各絶縁層5が剥離してHPAモジュール300の信頼性が低下するのを抑制することが可能となる。
For this reason, it becomes possible to suppress that each insulating
次に本実施の形態3のHPAモジュール300の製造方法と、前記実施の形態1で説明したHPAモジュール100の製造方法との相違点について説明する。
Next, differences between the method for manufacturing the
本実施の形態3のHPAモジュール300の製造方法では前記実施の形態1で説明した図7に示すグリーンシート10を積層する工程で、表面配線6が形成されていない領域に層間絶縁性材料15を塗布する。
In the method of manufacturing the
図7において、最下層に積層されるグリーンシート10に第3層目に積層されるグリーンシート10を積層する前に表面配線6が形成されていない領域に層間絶縁性材料15を塗布する。
In FIG. 7, before the
以降順次、グリーンシート10を積層する度に、グリーンシート10の表面の表面配線6が形成されていない領域に層間絶縁性材料15を塗布していき、グリーンシート10の積層体を作成する。
Thereafter, each time the
以降の製造工程は前記実施の形態1で説明したHPAモジュール100と同様の製造方法で本実施の形態3のHPAモジュール300を得ることができる。
In the subsequent manufacturing steps, the
本実施の形態3によれば、グリーンシート10を積層する工程で、各グリーンシート10の表面の表面配線6が形成されていない領域に層間絶縁性材料15を塗布することにより、配線基板1の表面1aおよび裏面1bの平坦度を向上させることが可能となる。
According to the third embodiment, in the step of laminating the
配線基板1の表面1aおよび裏面1bの平坦性を向上させることにより、HPAモジュール300の信頼性を向上させることが可能となる。
The reliability of the
以上、本発明者によってなされた発明を発明に実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiment of the invention, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Is possible.
例えば、実施の形態2で説明したオフセット配置を行ったHPAモジュール200において、配線基板1の各絶縁層5に挟まれた領域であって表面配線6が形成されていない領域を、実施の形態3で説明したように層間絶縁性材料15で埋めても良い。
For example, in the
この場合は、配線基板1の表面1aおよび裏面1bの平坦度を向上させるので、HPAモジュール200の信頼性を更に向上させることが可能となる。
In this case, since the flatness of the front surface 1a and the back surface 1b of the
本発明は、複数の積層構造を有する配線基板を用いた半導体装置に適用できる。 The present invention can be applied to a semiconductor device using a wiring board having a plurality of stacked structures.
1 配線基板
1a 表面(第1の面)
1b 裏面(第2の面)
2 封止樹脂
3 半導体素子
4 半導体素子
3a、4a 辺(第1の辺)
3b、4b 辺(第2の辺)
5 絶縁層
5a 絶縁層(第1絶縁層)
5b 絶縁層(第2絶縁層)
5c 絶縁層
6、6c 表面配線
6a 表面配線(第1表面配線)
6b 表面配線(第2表面配線)
7 ビア
8 裏面配線
9 サーマルビア
9a サーマルビア(第1ビア)
9b サーマルビア(第2ビア)
10 グリーンシート(絶縁体板)
10a 表面
10b 裏面
11 貫通孔
12 導体
13 信号ビア
13a 信号ビア(第1ビア)
13b 信号ビア(第2ビア)
14 電子部品
15 層間絶縁性材料(絶縁性材料)
100、200、201、300 HPAモジュール(半導体装置)
1 Wiring board 1a surface (first surface)
1b Back side (second side)
2 Sealing
3b, 4b side (second side)
5 Insulating
5b Insulating layer (second insulating layer)
6b Surface wiring (second surface wiring)
7 Via 8
9b Thermal via (second via)
10 Green sheet (insulator plate)
13b Signal via (second via)
14
100, 200, 201, 300 HPA module (semiconductor device)
Claims (4)
前記配線基板は、
積層された複数の絶縁層と、
前記複数の絶縁層それぞれの表面に所望のパターンで形成された表面配線と、
前記第2の面に所望のパターンで形成された裏面配線と、
前記複数の絶縁層それぞれを貫通するように形成され、前記複数の絶縁層のうち、上層に配置された第1絶縁層の表面に形成された第1表面配線と、前記第1絶縁層の下層に配置された第2絶縁層の表面に形成された第2表面配線、あるいは、前記第2の面に形成された前記裏面配線とを連絡する複数のビアとを備え、
前記複数のビアのうち、前記配線基板の前記半導体素子の搭載領域に形成されるビアは、前記半導体素子の搭載面が有する互いに隣り合った第1の辺および第2の辺に沿って格子状に配列されていることを特徴とする半導体装置。 A wiring substrate having a first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface; and a semiconductor element mounted on the first surface of the wiring substrate;
The wiring board is
A plurality of laminated insulating layers;
Surface wiring formed in a desired pattern on the surface of each of the plurality of insulating layers;
Backside wiring formed in a desired pattern on the second surface;
A first surface wiring formed on the surface of the first insulating layer disposed in an upper layer of the plurality of insulating layers, and a lower layer of the first insulating layer; A plurality of vias communicating with the second surface wiring formed on the surface of the second insulating layer disposed on the second surface wiring or the back wiring formed on the second surface;
Among the plurality of vias, the vias formed in the mounting region of the semiconductor element of the wiring board are in a lattice shape along the first side and the second side adjacent to each other on the mounting surface of the semiconductor element. A semiconductor device characterized by being arranged in a series.
前記配線基板は、
複数の絶縁層と、
前記複数の絶縁層それぞれの表面に所望のパターンで形成された配線層と、
前記複数の絶縁層それぞれを貫通するように形成され、前記複数の絶縁層のうち、上層に配置された第1絶縁層表面に形成された第1配線層と、前記第1絶縁層の下層に配置された第2絶縁層表面に形成された第2絶縁層表面に形成された第2配線層とを連絡する複数のビアとを備え、
前記複数のビアは、前記配線基板の厚さ方向と交差する平面方向に対して、前記第1絶縁層に形成された第1ビアと前記第2絶縁層に形成された第2ビアとが重ならない位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。 A wiring board having a first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface; and a semiconductor element mounted on the first surface of the wiring substrate;
The wiring board is
A plurality of insulating layers;
A wiring layer formed in a desired pattern on the surface of each of the plurality of insulating layers;
A first wiring layer formed on the surface of the first insulating layer disposed in an upper layer of the plurality of insulating layers, and a lower layer of the first insulating layer. A plurality of vias communicating with the second wiring layer formed on the surface of the second insulating layer formed on the surface of the arranged second insulating layer;
The plurality of vias overlap a first via formed in the first insulating layer and a second via formed in the second insulating layer with respect to a plane direction intersecting with a thickness direction of the wiring board. A semiconductor device, wherein the semiconductor device is arranged at a position where it does not become.
前記第1ビアと前記第2ビアとが前記半導体素子の搭載領域に形成されたビアであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device, wherein the first via and the second via are vias formed in a mounting region of the semiconductor element.
前記複数枚の絶縁体板それぞれの表面に、所望のパターンで表面配線を形成する工程と、
前記複数枚の絶縁体板それぞれの表面であって、前記表面配線を形成していない領域に、絶縁性材料を塗布する工程と、
前記表面配線が形成され、前記絶縁性材料が塗布された前記複数枚の絶縁体板を積層した後、焼成して積層構造の配線基板を形成する工程と、
前記配線基板に半導体素子を実装する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Preparing a plurality of insulator plates, forming through holes penetrating in the thickness direction from the surface of each of the plurality of insulator plates, and filling a conductor into the through holes;
Forming a surface wiring in a desired pattern on the surface of each of the plurality of insulator plates;
A step of applying an insulating material to the surface of each of the plurality of insulator plates and not forming the surface wiring;
Forming the wiring board having a laminated structure after laminating the plurality of insulator plates on which the surface wiring is formed and the insulating material is applied; and
And a step of mounting a semiconductor element on the wiring board.
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